Programmer Style

在壹讀網看到這篇寫太好了，二話不說直接轉載了XD 原文網址:https://read01.com/jNEQx.html#.WdM5nGiCzRY

一、Struct 和 Union有下列區別：

1.在存儲多個成員信息時，編譯器會自動給struct第個成員分配存儲空間，struct 可以存儲多個成員信息，而Union每個成員會用同一個存儲空間，只能存儲最後一個成員的信息。

2.都是由多個不同的數據類型成員組成，但在任何同一時刻，Union只存放了一個被先選中的成員，而結構體的所有成員都存在。

3.對於Union的不同成員賦值，將會對其他成員重寫，原來成員的值就不存在了，而對於struct 的不同成員賦值 是互不影響的。

註：在很多地方需要對結構體的成員變量進行修改。只是部分成員變量，那麼就不能用聯合體Union，因為Union的所有成員變量占一個內存。eg：在鍊表中對個別數值域進行賦值就必須用struct.

二、實例說明

struct 簡單來說就是一些相互關聯的元素的集合，說是集合，其實它們在內存中的存放是有先後順序的，並且每個元素都有自己的內存空間。那麼按照什麼順序存放的呢？其實就是按你聲明的變量順序來存放的，下面先看一個例子：

struct sTest
{
    int a; //sizeof(int) = 4
    char b; //sizeof(char) = 1
    shot c； //sizeof(shot) = 2
}x;

所以在內存中至少占用 4+1+2 = 7 byte。然而實際中占用的內存並不是7 byte，這就涉及到了字節對齊方式。

union 的不同之處就在於，它所有的元素共享同一內存單元，且分配給union的內存size 由類型最大的元素 size 來確定，如下的內存就為一個double 類型 size ：

union uTest
{
    int a; //sizeof(int) = 4
    double b; //sizeof(double) = 8
    char c; //sizeof(char) = 1
}x;

所以分配的內存 size 就是8 byte。

既然是內存共享，理所當然地，它不能同時存放多個成員的值，而只能存放其中的一個值，就是最後賦予它的值，如：

x.a = 3; x.b = 4.5; x.c = 『A』;

這樣你只看到x.c = 『A』，而其它已經被覆蓋掉，失去了意義。

eg: Sample聯合只包含其中某一個成員，要麼是index，要麼是price。

union Sample{
    intindex;
    doubleprice;
};

若 Sample ss; ss.index=10;//從今往後只能使用ss.index

若 Sample ss; ss.price=14.25;//從今往後只能使用ss.price

在union的使用中，如果給其中某個成員賦值，然後使用另一個成員，是未定義行為，後果自負。

struct成員是互相獨立的，一個struct包含所有成員。

C/C++ code

struct Example
{
    int index;
    double price;
};

Example結構包含兩個成員，修改index不會對price產生影響，反之亦然。

union的成員共享內存空間，一個union只包含其中某一個成員。

說到這裡，大家應該已經明白兩者最關鍵的區別了吧，無非就在於內存單元的分配和使用。然而要靈活地使用struct和union 還是存在許多小技巧的，比如：元素的相關性不強時，完全是可以使用union，從而節省內存size； struct和union還可以相互嵌套。

三、內存對齊方式

union u
{
    double a;
    int b;
};

union u2
{
    char a[13];
    int b;
};

union u3
{
    char a[13];
    char b;
};

cout<<sizeof(u)<<endl; // 8
cout<<sizeof(u2)<<endl; // 16
cout<<sizeof(u3)<<endl; // 13

都知道union的大小取決於它所有的成員中，占用空間最大的一個成員的大小。所以對於u來說，大小就是最大的double類型成員a了，所以sizeof(u)=sizeof(double)=8。但是對於u2和u3，最大的空間都是char[13]類型的數組，為什麼u3的大小是13，而u2是16呢？關鍵在於u2中的成員int b。由於int類型成員的存在，使u2的對齊方式變成4，也就是說，u2的大小必須在4的對界上，所以占用的空間變成了16（最接近13的對界）。

結論：複合數據類型，如union，struct，class的對齊方式為成員中對齊方式最大的成員的對齊方式。

順便提一下CPU對界問題，32的C++採用8位對界來提高運行速度，所以編譯器會儘量把數據放在它的對界上以提高內存命中率。對界是可以更改的，使用#pragma pack(x)宏可以改變編譯器的對界方式，默認是8。C++固有類型的對界取編譯器對界方式與自身大小中較小的一個。例如，指定編譯器按2對界，int類型的大小是4，則int的對界為2和4中較小的2。在默認的對界方式下，因為幾乎所有的數據類型都不大於默認的對界方式8（除了long double），所以所有的固有類型的對界方式可以認為就是類型自身的大小。更改一下上面的程序：

#pragma pack(2)

union u2
{
    char a[13];
    int b;
};

union u3
{
    char a[13];
    char b;
};

#pragma pack(8)

cout<<sizeof(u2)<<endl; // 14 由於手動更改對界方式為2，所以int的對界也變成了2，u2的對界取成員中最大的對界，也是2了，所以此時sizeof(u2)=14。
cout<<sizeof(u3)<<endl; // 13 ，char的對界為1

結論：C++固有類型的對界取編譯器對界方式與自身大小中較小的一個。

struct的sizeof問題



因為對齊問題使結構體的sizeof變得比較複雜，看下面的例子：(默認對齊方式下)

struct s1
{
    char a;
    double b;
    int c;
    char d;
};

struct s2
{
    char a;
    char b;
    int c;
    double d;
};

cout<<sizeof(s1)<<endl; // 24
cout<<sizeof(s2)<<endl; // 16

同樣是兩個char類型，一個int類型，一個double類型，但是因為對界問題，導致他們的大小不同。計算結構體大小可以採用元素擺放法，我舉例子說明一下：首先，CPU判斷結構體的對界，根據上一節的結論，s1和s2的對界都取最大的元素類型，也就是double類型的對界8。然後開始擺放每個元素。

對於s1，首先把a放到8的對界，假定是0，此時下一個空閒的地址是1，但是下一個元素b是double類型，要放到8的對界上，離1最接近的地址是8了，所以b被放在了8，此時下一個空閒地址變成了16，下一個元素c的對界是4，16可以滿足，所以c放在了16，此時下一個空閒地址變成了20，下一個元素d需要對界1，也正好落在對界上，所以d放在了20，結構體在地址21處結束。由於s1的大小需要是8的倍數，所以21-23的空間被保留，s1的大小變成了24。

對於s2，首先把a放到8的對界，假定是0，此時下一個空閒地址是1，下一個元素的對界也是1，所以b擺放在1，下一個空閒地址變成了2；下一個元素c的對界是4，所以取離2最近的地址4擺放c，下一個空閒地址變成了8，下一個元素d的對界是8，所以d擺放在8，所有元素擺放完畢，結構體在15處結束，占用總空間為16，正好是8的倍數。

特例：

＃include<stdio.h

union{
    inti;
    char x[2]; 
}a;

{
    printf("%d",a.i);
}

在聯合體a中定義了兩種數據類型，字符數組x以及整形變量i.其中整形變量是16位的，數組大小為2的字符數組為8X2＝16位。如此一來，編譯器便會為聯合體a在內存中開闢一個16位的空間，這個空間裡存儲聯合體的數據，但是這個空間只有16位，它既是整形變量的數據，也是字符數組的數據。如果你的程序從字符數組的角度解析這個空間，那麼它就是兩個字符，如果你的程序從整型的角度解析這個空間，那麼它就是一個整數。

以你的程序為例子，現在已經開闢了一個16位的空間，然後我們假定現在空間還沒有被賦值，為：

00000000 00000000

那麼在運行完代碼

a.x[0] = 10;

a.x[1] = 1;

之後，16位的空間變為：

00000110 00000001

然後程序運行

printf("%d",a.i);

就是把聯合體a當成一個整數來解析，而不是字符串數組。那麼這樣一來，程序就把這16位變成了一個完整的整數：

(00000001 00000110)二進位 ＝ （266）十進位